煤气炉顶放散阀

一、煤气炉顶放散阀概述：

探讨高炉煤气放散阀的结构原理及改进方案

在高炉炼铁生产过程中会产生大量的含尘煤气—高炉煤气，其含尘浓度一般高达7g/m3～8g/m3，且灰尘粒径大而坚硬。根据炼铁生产工艺及安全的需要，高炉每次开炉、停炉、检修及事故状态休风前时，都需要对含尘煤气进行放散。煤气放散需要通过煤气放散阀来完成，目前冶金企业采用的高炉煤气放散阀大多是由阀盖、阀座、阀体、杠杆及配重砣等组成（图1），放散煤气时通过卷扬（或液压）装置驱动杠杆将阀盖打开。煤气放散阀是高炉休风作业的必备设备，是炉顶关键设备之一，其性能的好坏直接影响高炉的生产。

 

因此，高炉操作需要煤气放散阀操作稳定可靠，在高风温、高压力的条件下，保持良好的密封性能。这就对煤气放散阀提出了更高的要求：一是结构上，要求其性能良好、开关灵活。因为煤气放散阀均为露天作业，风吹日晒，活动部位容易卡死，因而出现打不开或关不上的现象；二是密封方式上，要求选用性能良好的密封结构和密封材料。因为煤气放散阀是在高风温、高压力和高粉尘的环境下工作，密封方式不好，煤气流夹杂着粉尘就会冲刷缝隙，其密封面迅速吹损而不能工作，会直接影响高炉生产。目前国内一般采用的主要是重锤式放散阀和连杆式放散阀两种。
二、煤气炉顶放散阀的结构：

目前中型高炉，大多采用小高压炉顶（炉顶压力约为0.15MPa～0.2MPa），一部分为常压炉顶（炉顶压力约为0.07MPa～0.12MPa）。由于设计选型的原因，有的仍然采用重锤式放散阀，如图1所示。

 三、煤气炉顶放散阀简图：这种放散阀的特点是：结构简单，制作方便，价格便宜，密封结构为软硬结合的复合密封，硬密封是阀盖与阀座之间采用球面接触，密封的效果较好；软密封为硅橡胶。采用这种复合密封，目的就是要将放散阀关严，防止泄漏。但这种结构存在着阀盖与阀座对中性差，关闭时不易关严，而阀盖在开启时，转角很难达到90°，煤气流夹杂着粉尘容易造成对阀盖的吹损，造成密封球面出现深沟而逐步泄漏。硬密封损坏后，软密封随之即损坏，且这种重锤式放散阀是通过臂杆上的配重砣的自重来关闭调节阀的，公称压力只能在0.15MPa以下，因为炉顶压力超过0.15MPa时，阀盖就会被顶开，只有通过增加配重、调节液压油缸油压等措施使其强制性密封，但效果很不理想。以致于造成气流对其直接冲刷损坏。因此这种放散阀用于小高压炉顶，使用寿命都不长。
四、煤气炉顶放散阀配重受力分析：

以管径f550mm为例，其受力分析如图2。

  五、煤气炉顶放散阀受力简图：

煤气炉顶放散阀若阀盖中心点压力为P1，流体对阀盖的整体作用力为R1，而目前马钢一铁总厂高压炉顶的平均压力为0.2MPa左右。
    则
    
    
    
    根据杠杆平衡原理：
    
    即
    
    

而厂家制作时，实际配重只有约1400kg左右，因此高炉炉顶压力稍稍偏高，炉内压力就会将放散阀阀盖顶开，不可避免地存在煤气夹杂着粉尘对阀盖的冲刷破坏。通过以上分析，重锤式放散阀存在着公称压力低、密封方式不合理、庞大笨重、不利于维修等诸多因素，一般不适用于小高压炉顶。而连杆式放散阀的应用，解决了以上诸多方面的因素，适合高压操作的高炉放散装置。
六、煤气炉顶放散阀结构形式：

连杆式放散阀（如图3）所示。
 

七、煤气炉顶放散阀整体结构分析：
该阀由阀体、阀盖、连杆开合机构组成，阀盖为90°翻转，密封结构为软硬结合的复合密封，软密封为硅橡胶，硬密封面堆焊ZD5Mo（堆焊硬度HRC47），经粗磨精研，尺寸形状准确，阀盖上设有蝶形弹簧，使阀盖密封面与阀座密封面通过蝶形弹簧压紧力保持接触，并且保持一定的预紧压力。
连杆式放散阀利用弹簧的预紧力代替原来的配重，由于阀盖上的弹簧位于阀盖中央，使阀盖无倾斜配重方向的偏心力，并且预紧力可通过弹簧来调节，厂家制作后，通过压力实验（压力一般最大值可达0.5MPa），将预紧力调至指定值（如0.25MPa，也可以现场调节弹簧的预紧力），即可安装。另外，因放散阀开启只是休风检修、炉内故障或其它工艺要求的情况下才打开或关闭，所以开启的频率很低，软密封的方式也由阀座的底平面密封改为从阀座的侧面密封（见图4）。

八、煤气炉顶放散阀阀盖和阀座的硬、软密封示意图：

这种改进，不仅有效地改善了阀盖与阀座的密封特点，从而提高了密封效果，同时也大大提高了高炉的密封性能，延长了放散阀的使用寿命。原先的中型高炉基本上都是采用重锤式放散阀，随着高炉冶炼强度的不断提高，中型高炉逐渐采用了无料钟炉顶设备，炉内压力明显提高，重锤式放散阀越来越不适合无料钟炉顶，通过了解和论证，改为用连杆式放散阀比较实用。改进前后的效果对比从马钢一铁总厂的四座中型高炉来看，2005年上半年，采用的是重锤式放散阀，仅半年时间就更换了7台放散阀，每台放散阀平均的使用寿命不到3个月，不仅浪费了大量的人力物力，对炉况的影响也很大。经过调查和了解，采用了石家庄三环阀门厂生产的连杆式放散阀，安装后效果良好。通过两年多的应用，得出以下结论：
1、连杆式放散阀操作的可靠性也大大优于重锤式放散阀，虽然其造价成本是重锤式放散阀的2倍左右，但在密封的性能上明显高于重锤式放散阀，同时也大大减少了对大气的污染。
2、连杆式放散阀用于小高压炉顶，其寿命至少是重锤式放散阀的5～8倍。

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